現場總線的時間信息共享技術

CAN總線具有突出的可靠性和實時性，適合在復雜的戰場環境下工作，基于CAN現場總線的時間信息數據接口，可充分保證時間信息的傳送，并為電子時間引信系統提供標準的數據接口，便于應用在其它防空武器系統的嵌入式改造或未來數字化防空武器系統中。本文闡述了CAN現場總線、總線接口技術、時間信息提取電路結構、信息無線發送結構等原理，及如何利用CAN現場總線技術實現時間信息共享技術。

CAN現場總線概述

CAN(Controller Area Network)總線誕生和發展于汽車工業自動控制領域，是兩線制多主對等總線型拓撲網絡，能有效地支持具有很高安全等級的分布實時控制，是唯一有國際標準的現場總線(Field Bus)，目前發展到CAN2.0B規范，應用范圍極為廣泛。

CAN總線用顯性和隱性兩個互補的邏輯值表示0和1，總線接口上同時發送顯性和隱性位時，總線值是顯性，實現邏輯與。根據ISO／OSI參考模型，CAN的層次劃分為：數據鏈路層，包括邏輯鏈路控制子層和介質訪問控制子層；物理層。

CAN總線信息的報文傳輸有數據幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀四種不同類型的幀，數據幀和遠程幀可以使用標準幀和擴展幀2種不同格式，標識符域的長度分別為11位和29位。CAN的幀由不同的位域組成，以數據幀為例，它包括7個不同的位域：幀起始、仲裁域、控制域、數據域、CRC域、應答域和幀結尾，如圖1所示。

圖1

為獲得安全的數據發送，CAN總線采取錯誤檢測和處理的措施，在報文傳輸過程中設有位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤和應答錯誤5種錯誤類型，對于故障的界定有錯誤激活、錯誤認可和總線關閉3種狀態。

智能節點接口技術

節點是CAN網絡上信息的起點和終點，智能節點是指具有微處理器的節點，具體有可靠性、兼容性、信息處理能力等方面的優勢。智能節點硬件設計包括CAN控制芯片與MCU的連接和CAN控制芯片與PC的連接，典型的智能節點結構為MCU+CAN控制器+CAN驅動器，具有CAN模塊的MCU微控制器將前2者合二為一，如PIC18F458、MC68HC908GZ16、P8Xc591，使操作更加方便。PC機上的智能節點設計多采用CAN適配卡，由ISA接口、雙口RAM、嵌入式微處理器、CAN控制器、CAN驅動器組成。

智能節點軟件設計的核心內容為CAN節點初始化、報文發送和報文接收，還包括CAN總線錯誤處理、總線關閉處理、接收濾波處理、波特率參數設置、自動檢測以及CAN總線通信距離和節點數的計算。

采用PIC18F458微控制器設計的智能節點如圖2所示。

圖2
時間提取單元和編程裝置

時間提取單元和編程裝置是電子時間引信系統的重要組成部分，兩者協調工作完成射彈飛行時間的隔離提取、數據共享和編碼發送，設計實現上采用功能電路+數字接口的方案，作為節點連接在CAN總線上。兩者的機械結構設計要充分考慮與現有武器裝備的機械兼容性和電磁兼容性，不能影響現有裝備的結構和工作狀態。

時間提取單元 時間提取單元的功能是從武器系統火控計算單元中提取射彈飛行時間，并將其發送到CAN總線上，電路結構如圖3所示，主要由射彈飛行時間數字量隔離提取電路、射彈飛行時間模擬量隔離提取電路、A／D轉換電路、控制信號(開關量)隔離采集電路、數字接口、隔離型DC／DC電源模塊等組成，可以提取16位射彈飛行時間數字量或1路射彈飛行時間模擬量、8位控制信號，輸出CAN總線信號，使用雙絞線在1km的范圍內得到高達70kbps的傳輸速率。

圖3
光電隔離電路采用雙光耦構成電流串聯負反饋電路實現模擬信號，即將兩個相同型號的光耦的輸入端串聯組成差分負反饋，來補償光耦的非線性電流傳輸系數，可以得到較好的一致性，使電路傳輸特性更好。典型的雙光耦芯片(如HCNR200)內部結構及其應用電路如圖4所示，采用ADC0809芯片完成AD轉換，隔離型DC／DC選用愛立信PKV3211PI電源模塊，其輸入電壓范圍為9V～36V，輸出電壓5V，輸出功率2.5W。

圖4

編程裝置 編程裝置的功能是從CAN總線上獲取射彈飛行的時間數據，進行數據編碼，并通過射頻模塊轉換為射頻信號發送，電路結構如圖5所示，由數字接口、微控器、無線射頻模塊和監控電路組成。微控器AT89S51為電路的核心，完成數據接收、數據編碼、射頻模塊控制、數據串行發送等功能，大大簡化了電路結構；監控電路采用X25045，監控微控制器的工作狀態，防止程序跑飛；數字接口與時間提取單元相同；無線射頻模塊采用原廠提供的標準電路板并設置為發送狀態，其天線為腐蝕在PCB板上的銅線，在天線外 2m～20m的范圍內形成射頻編程窗口。

編程裝置電路板安裝在長方體形盒里，外部通過接插件分別與CAN總線(兩芯插頭和插座)和無線射頻模塊(7芯的插頭和插座)相連接。整個編程裝置盒固定與火炮炮箱上方，距炮口約2.5m的位置，且將射頻模塊PCB板有天線一側朝向身管方向，以便獲得較好的射頻性能。